中國粉體網(wǎng)訊 超聲波是指頻率超過2×104Hz的聲波，具有聚束、定向、反射、投射等一系列特性。超聲波技術的廣泛應用基于超聲波所具有的兩種特性，一是超聲波作為一種信息載體，二是超聲波作為一種能量形式�？梢哉f超聲工程學在礦物加工領域的研究應用主要包括檢測超聲和功率超聲兩大類。
檢測超聲在礦物加工過程中的應用
檢測超聲利用了超聲傳播的特征和信息載體的特性，檢查材料缺陷，測量物體的幾何尺寸、物理化學性能及其他非聲學性質和參量的方法和技術。由于超聲波頻率高，波長短，衍射現(xiàn)象不明顯等特點，在測量過程中有著靈敏度高，速度快，成本低，對人體無害，不需要直接接觸待檢測物等優(yōu)勢。
檢測超聲在礦物加工過程中的應用包括粒度檢測、濃度檢測、流量檢測、料位檢測等。目前超聲波粒度儀已經在國內多處公司投入使用；超聲濃度檢測的方法主要是利用超聲衰減作用進行測量，超聲波在礦漿中傳播時，振幅會隨著礦漿中固體含量多少和固體顆粒大小而變化；現(xiàn)在常用的是多普勒流量計，其原理為多普勒效應：物體輻射的波長因為波源和接收點的相對運動而產生變化。通過測量流體中運動粒子散射聲波的多普勒頻移，以此完成流量檢測；現(xiàn)有物料測量中，在連續(xù)測料位的超聲技術中，應用最廣的是超聲波脈沖回波法。
功率超聲在礦物加工過程中的應用
功率超聲是通過超聲能量對物質的作用來改變或加速改變物質的一些物理、化學和生物特性或狀態(tài)。
超聲波粉碎
超聲空化使在礦漿中礦石等破碎的工藝過程稱超聲碎，超聲粉碎裝置一般由換能器、變幅桿和超聲頻電源組成。超聲波粉碎利用超聲波的高能量密度(每cm2接觸面有數(shù)千千瓦的能量)與高頻應力(20kHz)兩個特點。兩個特點相補充，可以在短時間內有較好的破碎效果。
鑒于超聲波振動技術在碎巖領域展現(xiàn)的應用前景，近五年我國加大了對超聲波振動碎巖理論研究的支持力度，各高校取得了豐富的研究成果。
熊值等采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)儀、熱重分析儀和X射線衍射儀等手段研究了超聲波振動與磁力加熱攪拌兩種不同方式制備的有機改性蒙脫土(OMMT)，通過設計正交實驗驗證了改性劑的用量、pH值、超聲波振動時間和超聲波振動功率4個因素對OMMT的層間距的影響，同時，還驗證了不同種類的OMMT對聚丙烯(PP)霧化性能的影響。結果表明，相比磁力加熱攪拌法，超聲波振動制備的OMMT不需加熱和攪拌、反應速度快、制備的OMMT層間距更大；通過正交實驗得出的最佳方案為選用十六烷基三甲基溴化銨的用量為1.5g，pH值為7.0或6.5、超聲波振動60min，超聲波功率為80%；按照最佳方案采用超聲波技術制備的OMMT，對于改善PP的霧化有較好的效果。
超聲波技術應用于浮選
超聲波技術應用于浮選的原理主要基于超聲處理中液體的空化效應和Bjerknes效應。超聲空化包括瞬時空化和穩(wěn)態(tài)空化，不同空化狀態(tài)取決于聲壓和聲頻大小。Bjerknes效應是通過影響超聲場中礦化氣泡的運動特性從而對浮選產生作用。
超聲瞬態(tài)空化、穩(wěn)態(tài)空化和Bjerknes效應對礦物浮選的影響
超聲對礦物的作用：超聲對礦物的作用主要是利用超聲的空化效應產生的機械攪拌作用，這一過程主要在礦物的預處理中進行。超聲場中空化氣泡的瞬間崩塌釋放的巨大能量對礦物表面產生清潔、溶蝕和脫硫等作用。
超聲對浮選藥劑的作用：超聲空化所產生的機械攪拌、相互擴散和均勻化作用會對浮選藥劑產生影響，利用這些超聲作用可增強浮選藥劑的溶解擴散和彌散乳化效果，同時超聲波也會使藥劑的溶液性質和聚集狀態(tài)產生變化。
對礦漿的作用：超聲對礦漿的作用主要指對礦漿中氣泡的作用，主要包括微泡的形成和聚合作用)。礦漿在進入浮選機中會不斷地被充氣和攪拌，并產生大量的氣泡而使礦粒懸浮，礦漿中氣泡的行為是影響浮選指標的關鍵。通過調節(jié)超聲頻率和功率等參數(shù)條件可改善礦漿中氣泡的形成與運動，從而改善浮選行為。
康文澤等為了研究超聲預處理對石墨精選效果的影響，進行了不同超聲功率、預處理時間、藥劑用量的石墨浮選實驗，研究了超聲預處理后石墨浮選速度的變化。研究結果表明：超聲功率1.6KW，預處理4min的浮選精礦產率、碳的質量分數(shù)、回收率分別比常規(guī)浮選高5.83％，3.22％，9.15％；當獲得相同的精礦產率、回收率時，超聲預處理浮選與常規(guī)浮選相比浮選捕收劑用量降低25％～50％；捕收劑和起泡劑的用量對超聲預處理浮選精礦碳含量沒有明顯影響；超聲預處理浮選與常規(guī)浮選相比浮選速度降低；當超聲預處理與原樣的粒度組成相同時，超聲預處理后的浮選速度大于常規(guī)浮選速度；因此超聲預處理能明顯提高石墨精選效果。
超聲波在制納米材料中的應用
超聲波化學法對比傳統(tǒng)的方法來制備納米材料具備明顯的優(yōu)勢，是目前超細粉體材料領域研究創(chuàng)新熱點之一。主要有超聲沉淀法、超聲分解法、超聲電解法、超聲水熱法、超聲霧化法、超聲固液研磨法、超聲溶膠－凝膠法、超聲還原法、超聲分散法、超聲微乳液法、超聲模版法等。如徐鎖平等發(fā)現(xiàn)超聲波的空化作用影響晶體的生長及均化，利用超聲沉淀法可制備出呈紡錘形、短軸約10nm、長軸約30nm的氧化鐵前驅體。王菊香等利用超聲電解法制備出了小于100nm的Cu粉和Ni粉。劉強等以Ce2(NO3)3和NH4HCO3為原料，使用超聲波頻率1.7MHz把Ce2(NO3)3和NH4HCO3溶液分別霧化，采用雙液超聲霧化反應制備出了，粒度均勻的3nm～5nm螢石型、呈球形、分散性好的CeO2納米粉。
小結
超聲技術有高效、安全、綠色等一系列優(yōu)勢，在環(huán)境、食品、醫(yī)藥等領域都有著廣泛的應用。檢測超聲在粒度、濃度、流量和料位的測量中，具有精確性、實時性和直觀性的特點，已經成熟的應用于各個礦山選廠。功率超聲在重選、浮選、浸出過程中，通過對藥劑和礦粒的處理，都能大大提高選礦指標。除了上述的應用以外，超聲技術在篩分、磁電選等方面也有應用，而且超聲技術因其操作簡單、易于控制、效率高等優(yōu)點被廣泛應用于輔助制備納米材料，且已經取得了良好的效果。但是另一方面，作為一種很有發(fā)展前景的技術，超聲波技術的部分應用還處于實驗室階段。
參考資料：
黃萬撫等.超聲技術在礦物加工中的應用進展
陳蘭蘭等.超聲波技術在礦物浮選中的研究、應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
熊值等.超聲波振動制備有機改性蒙脫土
康文澤等.超聲預處理對石墨精選效果的影響
宋春雨等.典型過程強化技術在納米材料制備中的應用進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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